Преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню средневыпрямленного значения

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ СПУБЛИН 19) 1 К 19 2(51 ОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТВУ ВТОРСКОМУ СНИДЕ(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГОРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ ПО УРОВНЮ СНЕВЫПРЯИЛЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится кти электроизмерений и может быт использовано в приборах для измерения средцевыпрямленного значения переменного тока. Цель изобретения -повышение точности работы устройства.Преобразователь содержит компаратор 1и ключи 3 и 5. Введение генератора 2треугольного напряжения, суммирующефильтрующего блока 4 и формирователя6 меандра позволяет за счет мцогократного компарирования входного напряжения с треугольным за период входногонапряжения уменьшить погрешность,вызванную дрейфом нуля компаратора 1и его задержкой переключения, чтообеспечивает повышение точности преобразования не менее чем в 20 раз.5 ил.1257Изобретение относится к области электроиэмерений и может быть использовано в приборах для измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения. 5Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния времени задержки компаратора на выхоцное напряжение.На фиг, 1 приведена функциональная 1 О схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу, на фиг. 4 функциональная схема генератора треугольного напряжения; на фиг. 5 - 5 временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу.Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит компаратор 1, первый вход которого соединен 20 с входной шиной, а второй - с основным выходом генератора 2 треугольного напряжения, первый ключ 3, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора 1, выход - с первым входом суммирующе-фнльтрующего блока 4, выход которого соединен с выходной шиной. Синхронизирующий выход.генератора 2 треугольного напряжениясоединен с управляющим входом второ- ЗОго ключа 5, выход которого подключенк второму входу суммирующе-фильтрующего элемента 4, и с входом формирователя 6 меандра, выход которого подключен к входам первого 3 и второго5 ключей.Генератор 2 треугольного напряжения содержит, например, генератор 7тактовых импульсов, триггеры 8, 9и 10, интегратор 11 и формирователь 4012 (фиг. 4).Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.Генератор 2 треугольного напряжения формирует треугольное двухполярное напряжение на основном выходе и прямоугольные импульсы на синхронизирующем выходе.Генератор 7 импульсов генератора2 треугольного напряжения формируетпоследовательность тактовых импульсов (фиг. 5 а) с частотой 4/, гдеТ, - период треугольного напряжения.На выходах триггера 8, работающегов режиме делителя частоты на дна,образуется прямая и инвертированнаяпоследовательности прямоугольных 5392импульсов (фиг, 5 б,в) . После повтор" ного деления в триггере 9 (фиг.5 г) напряжение поступает на вход формирователя 12, который формирует двух- полярное напряжение типа меандр (фиг, 5 г). На выходе интегратора 11 формируется треугольное напряжение (фиг. 5 д), поступающее на основной выход генератора 2 треугольного напряжения, Инвертированный сигнал с второго выхода триггера 8 поступает на триггер 10, на выходе которого образуется прямоугольное напряжение, синфазное и синхронное с треугольным (фиг. 5 е), поступающее на синхрони-. зирующий выход генератора 2 треугольногс напряжения, Треугольное напряжение У(с) (фиг, 2 а) с основного выхода генератора 2 треугольного напряжения сравнивается компаратором 1 с входным напряжением Б(с), Выходной сигнал компаратора 1 управляет ключом 3 таким образом, что прямоугольное напряжение Б (с) выхода формирователя б меандра поступает на первый вход суммирующе-фильтрующего блока 4 при условии Ц(1)Б (С) (заштрихо" ванные импульсы на фиг, 2 а). На второй вход суммирующе-Фильтрующего блока 4 через ключ 5 проходят импульсы прямоугольного напряжения Б (С) при условии У(й)О (фиг. 2 б), Напряжения, поступающие на входы суммирующе-Фильтрующего блока 4, усредняются, а затем суммируются, в результате чего на выходе преобразователя выделяется постоянное напряжение, пропорциональное средневыпрямленному значению входного сигнала, что можно показать математически.Среднее напряжение, поступающеена первый вход суммнрующе-фильтрую" щего блока 4 в режиме, когда период треугольного напряжения Т значительно меньше периода Т входного сигнала синусоидальной формы П(й)=Б з 1 п д 2 й, для положительной полуволны (Фиг,2 а) равноТтУ 1ТгдеИ=-, - ;2 Т,У, - амплитуда выходного напряжения формирователя 6 меандра.(8 да + 4 с - Ь ) 1 -уР,Для определения ь ; аппроксимируем кривую (с) на каждом д-м периоде треугольного напряжения отрезками прямых, проходящих через точки А; и В с координатами:А, Т, +2, ) в(пяяТ, +Я );ТтВ дТс +-Для д-го периода можно записать 4(-дТт - 4 )П( Оф1) (с) --- где Й = ядп И (дТ ++ г4 вдпц(дТ + с ) = 2 сов(8 дс +к + Ь )хх ядпФ; Треугольное напряжение на д-мотрезке можно записать 4(-дТт - с )Бмс)(с Б (с)+я( + Т 34 ядп(8 дс +Ь )ЬТ ) 4 1 - З. ИТгде0 мс(сЕсли за начальную точку отсчета принять точку В и отсчет времени вести влево, то Среднее напряжение эа период положительной полуволны синусоиды 1 "- Г Б(Т,Ь Гядп(8 дс +Ь ) Б + с Т;Сп,41-/,ядп(8 дс + 4 а -Ь )1 У( Тт 1-УР, 3 2П 0)У с - вдп 4 Ыц = - + --- ) (2) с 4 4 8 И; 1 где 1"т = 2 соя (4 д т + с ) я дп к,Воспользовавшись соотношением 1+х+хт+ +х (3)1о1 - х20 и ограничив ряд двумя членами, можнозаписать гс)4,2А. К -- а3 После преобразования получим Используя выражение (3) и ограничив ряд двумя первыми членами после преобразований, получим(фиг. 3). Усредняется часть прямо. угольного напряжения Ц,(с), когдавыполняется услозие Б(1)Бт(С).20Рассмотрим период времени, когдатреугольное напряжение возрастаети положительно 13 г 01 3 и 1 У ср, 4 2 и 128 И13 И) = ---40 максТ25Заменим возрастающее треугольноенапряжение отрезками прямых, параллельных оси времени в моменты 4 г.+11где 3 = 2 соз(83 сс + 5 К + 6 )з 1 псс. 30тогда 4 БмахаТ 4+113, (г.)1Среднее напряжение на первом входе суммирующе-фильтрующего блока, 35когда Б(йб и возрастает, равно1 Т13 = ,С 2 Б ( --С)сР, Т;с х 4Эгде И ф Т Б /Пмпри Т (с Т.Исходя из равенства 13(С) = 13 (С),определяем С,(4) Подставив значения ЬС; и 6 Сл 3 при условии, что ь = О4029- з 1 п 41 рБсР 8 К, с 1 -д 3Значение 13 с определяется таким же выражением, как и для положительной полярности (2) синусоиды, тогда среднее напряжение, поступающее на первый вход суммирующе-фильтрующего блока 4, равно или Т, 4 ПТ 41+1АС, = атсзпц.- -=Тхцс 4 Т ., 4+1агсзп л2 4 И 50 Тогда 213,Т - 1 1 . 4+1- (- - огсз п -- )Тт , 4 2" 4 Иц Т 2 . 4 х+1- (1 - лагсз 1 п -- ).2 Тг; о ф4 И 55 5 12 Отбросив члены второго порядка малости получим Рассмотрим отрицательную полуволну синусоиды.Если за начальную точку отсчета принять точку С и отсчет времени вести влево, с. определяется аналогично, как и для потенциальной полуволны, только знак напряжений 13(С) и О (с) заменяется на противоположный и=лТогда л Тх дзп(8 з.сс - Ь )с = 3 Т - ь+4 1 где 3 = 2 соз (8 х с + а - Ь ) з хп М,Для определения 1 за начало отсчетавыбирается точка 3, отсчет временивправо и Тс л,Тх л+с; С, =3 Т с+г.зЫ(8 г.с + 4 с( + Ь )1, - д( Среднее напряжение за период отрицательной полуводны синусоиды Б Т Б --- ,Е (-" -- бе 13 Т =о 2 Г Ьс 13 )131 13 д- 13 + 13 = -+ - -су ср срЮУк64 ЙгСреднее на выходе второго ключа 313113юг 2Напряжение на выходе устройства 27 413 мх Т 41+113 зг.пА+ х2 2 цмакс Т т ф" дн . 21+1х , агсвп - ;,о 4 напряжение на выходе устройства Б П Иыи 2 п 2 нма кс хХ дх агсзпх,. 1:оПри И - со= агсз 1 пх хсх =ото з 1 пх; Г Н2 ПБПиьх ,11мхкс 1) + - =Па П2 Пмакс 1 П С ТП = -+ -- хсР 4 2 Ти-т2 . 41+3х(1 - -агсв 1 п -- )4 ЯУсредненное напряжение, которое поступает на первый вход суммирующефильтрующего блокаТаким образом в режиме, когда Т, ) Т, обеспечивается точное пре 5 ооразование входного синусоидальиого сигнала в постоянное напряжение по уровню средневыпрямленного значения. Исходя из выражений (1) и (4) 10 напряжение на первом входе суммирующе-фильтрующего блока 4 с учетом времени задержки компаратора 1:огде с, - время задержки компаратора,20 когда происходит размывание ключа,- времязадержки компаратора,когда происходит замыкание ключаТИТт 25Т - Т,К =где Т, - период времени, когда вход"ной сигнал положителенТ - период входного переменного30напряжения (с).В общем случае И А К После преобразований получим напряжение на выходе устройства. 35 Ц М-Т Е(дс, +дс, )+):одс +д с ) + М(с - с )- П Гт 1 ИЫХ П к-- (40- К(с с,) ц 13 Б(2 Т - Т) (с - с )2 цмакс Таким образом, при равенстве- погрешность от времени задержки компаратора равна нулю при любой форме сигнала. При неравенстве с и с погрешность зависит от формы сигнала.ТПри Т, = - погрешность также равна нулю. Учитывая, что первое слагаемое представляет собой средневыпрямленное 45 значение положительной полуволны пере" менного напряжени:1 с коэффициентом П /2 П а второе - отрицательной полуволны9 12Сделанные выводы справедливы и для режима, когда ТТ, что позволяет значительно расширить частотный диапазон входных сигналов преобразователя в области высоких частот.Таким образом, отличия преобразователя позволяют за счет многократного компарирования входного напряжения с треугольным за период входного напряжения уменьшить погрешность, вызванную дрейфом нуля компаратора и его задержкой переключения, что обеспечивает повышение точности преобразования не менее чем в 20 раз, Формула изобретения Преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню средневыпрямленного значения, содержащий компаратор, выход которого сое 57539 одинен с управляющим входом первогоключа, а первый вход - с входнойшиной, и второй ключ, о т л и ч аю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены формирователь меандра,суммирующе-фильтрующий блок и генератор треугольного напряжения, приэтсм основной выход генератора тре угольного напряжения соединен с вторым входом компаратора, синхронизирующий выход генератора треугольногонапряжения соединен с входом формирователя меандра и управляющим вхо дом второго ключа, информационныевходы первого и вторго ключей соединены с выходом формирователя меандра,а выходы ключей - с входами суммирующе-фильтрующего блока, выход кото рого подключен к выходной шине.1257539 Составитель А.ПучковскийТехред.Л,ОлейникКорректор И,Муск едактор М.Петро Тирах 728 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета СССРпо деламизобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/